Wirtschaftlichkeit von BHKW in der Objektversorgung und innovative Ansätze

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1 Wirtschaftlichkeit von BHKW in der Objektversorgung und innovative Ansätze Einführung BHKW in der Objektversorgung Innovative Ansätze Fazit Prof. Dr.-Ing. Bernd Thomas Hochschule Reutlingen / Maschinenbau Reutlingen Research Institut RRI Prof. Dr.-Ing. Bernd Thomas, wiss. Leiter RRI, Fak. Technik, Hochschule Reutlingen, Alteburgstraße 150, Reutlingen, Tel. +49 (0) , Fax +49 (0) , bernd.thomas@reutlingen-university.de

2 Einführung

3 Motivation Ressourcenschonung Minderung der CO 2 -Emissionen Einsatz erneuer- barer Energien + Energieeffizienz = sparsamer Einsatz konventioneller Energien

4 Forschungsthema BHKW an der Hochschule Reutlingen Projekte: Vergleichende Untersuchung von Mini-BHKW (mittlerweile 7 Mini und Mikro-BHKW vermessen) Bio- und Klärgasverstromung mit Stirlingmotor-BHKW und Mikrogasturbinen Intensivmessprogramm am Biogas-BHKW Unterer Lindenhof Bestimmung des Primärenergiefaktors für das BHKW EC Power XRGI 15G-TO Planungsrechnungen für den Einsatz von Mini und Mikro- BHKW in Ein- und Mehrfamilienhäusern

5 Forschungsthema BHKW an der Hochschule Reutlingen Literatur: Mini-BHKW noch zu groß für Ein- und Zweifamilienhäuser? ebwk Bd. 60 (2008) Nr. 6 Bestimmung des Primärenergiefaktors für BHKW unter Berücksichtigung der Anfahrverluste am Beispiel des Mini-BHKWs EC Power XRGI 15G-TO, BWK Bd.62 (2010) Nr.3 Mini-Blockheizkraftwerke - Grundlagen, Gerätetechnik, Betriebsdaten, Vogel-Verlag, Würzburg, 1.Aufl., 2007 Mitgliedschaften: VDI Fachausschuss Mikro-KWK sowie Richtlinienausschuss VDI 4656 Planung und Dimensionierung von Mikro-KWK-Anlagen Leitung des Arbeitskreises DEZENT am WM BW

6 BHKW in der Objektversorgung

7 Warum sind BHKW nicht Standard i. d. Heizungstechnik? Voraussetzung für einen wirtschaftlichen Betrieb von BHKW: guter elektrischer Wirkungsgrad hohe jährliche Laufzeit geringe Anschaffungs- und Wartungskosten Mehrfamilienhäuser, kleine Gewerbebetriebe etc. Einfamilienhäuser

8 Anwendung von BHKW in Mehrfamilienhäusern etc. guter elektrischer Wirkungsgrad > (27) 30% hohe jährliche Laufzeit Grundlastbetrieb, > 5000 Bh/a geringe Anschaffungs- und Wartungskosten

9 Planungsrechnungen für Mini-BHKW in MFH Laufzeiten thermische und elektrische Deckungsgrade Strombedarf Wärmebedarf MFH 1 14 WE kwh/a kwh/a MFH 2 34 WE kwh/a kwh/a MFH 3 48 WE kwh/a kwh/a Bedarfsprofile nach VDI 4655 Stromoptimierter Betrieb der BHKW

10 Planungsrechnungen für Mini-BHKW in MFH Laufzeiten thermische und elektrische Deckungsgrade BHKW Elektr. Leistung Therm. Leistung Dachs 5,5 kw 13,5 kw* EC Power 15,2 kw 30 kw Höfler 25 kw 47 kw Comuna Metall 52 kw 97 kw * Mit Kondensor

11 Planungsrechnungen für Mini-BHKW MFH 2 MFH 2 34 WE Wel = 78123kWh/a Qheiz = kWh/a EC Power Höfler 120 therm. Deckungsgrad / % Speichervolumen / l

12 Planungsrechnungen für Mini-BHKW MFH 2 MFH 2 34 WE Wel = 78123kWh/a Qheiz = kWh/a EC Power Höfler 7000 Betriebszeit BHKW / h Speichervolumen / l

13 Planungsrechnungen für Mini-BHKW MFH 2 MFH 2 34 WE Wel = 78123kWh/a Qheiz = kWh/a EC Power Höfler direkte Deckung Strom / kwh/a Speichervolumen / l

14 Planungsrechnungen für Mini-BHKW MFH 2 MFH 2 34 WE Wel = 78123kWh/a Qheiz = kWh/a EC Power Höfler Stromeinspeisung / kwh/a Speichervolumen / l

15 Planungsrechnungen für Mini-BHKW MFH MFH 1 14 WE Wel = 32092kWh/a Qheiz = 84201kWh/a EC Power EC Power mod. Dachs m. Kond. Höfler therm. Deckungsgrad / % Speichervolumen / l

16 Planungsrechnungen für Mini-BHKW MFH MFH 1 14 WE Wel = 32092kWh/a Qheiz = 84201kWh/a EC Power EC Power mod. Dachs m. Kond. Höfler Betriebszeit BHKW / h Speichervolumen / l

17 Planungsrechnungen für Mini-BHKW MFH 1 MFH 1 14 WE Wel = 32092kWh/a Qheiz = 84201kWh/a EC Power EC Power mod. Dachs m. Kond. Höfler direkte Deckung Strom / kwh/a Speichervolumen / l

18 Planungsrechnungen für Mini-BHKW MFH 1 MFH 1 14 WE Wel = 32092kWh/a Qheiz = 84201kWh/a EC Power EC Power mod. Dachs m. Kond. Höfler Stromeinspeisung / kwh/a Speichervolumen / l

19 Planungsrechnungen für Mini-BHKW MFH MFH 3 48 WE Wel = kWh/a Qheiz = kWh/a EC Power Comuna Metall Höfler therm. Deckungsgrad / % Speichervolumen / l

20 Planungsrechnungen für Mini-BHKW MFH MFH 3 48 WE Wel = kWh/a Qheiz = kWh/a EC Power Comuna Metall Höfler Betriebszeit BHKW / h Speichervolumen / l

21 Planungsrechnungen für Mini-BHKW MFH 3 MFH 3 48 WE Wel = kWh/a Qheiz = kWh/a EC Power Comuna Metall Höfler direkte Deckung Strom / kwh/a Speichervolumen / l

22 Planungsrechnungen für Mini-BHKW MFH 3 MFH 3 48 WE Wel = kWh/a Qheiz = kWh/a EC Power Comuna Metall Höfler Stromeinspeisung / kwh/a Speichervolumen / l

23 Anwendung von Mini-BHKW in Mehrfamilienhäusern etc. guter elektrischer Wirkungsgrad > (27) 30% hohe jährliche Laufzeit Grundlastbetrieb, > 5000 Bh/a geringe Anschaffungs- und Wartungskosten < /kw el Wartungsintervall: 8000h Problem: Stromeinspeisung oder Selbstnutzung?

24 Wirtschaftlichkeitsrechnung BHKW in MFH 2 Gebäude: MFH 2, 34 WE, Strombedarf: kwh/a Wärmebedarf: kwh/a BHKW: EC Power XRGI 15G-TO (15,2 kw el, 30 kw th ) Pufferspeicher 2000 Liter Berechneter Betrieb (auf Basis Referenzlastprofile VDI 4655): jährliche Betriebszeit: 5882 h/a thermische Deckung: 91,0 % elektrische Deckung: 73,1 %

25 Wirtschaftlichkeitsrechnung BHKW in MFH 2 Szenario 1: Nutzung des erzeugten elektrischen Stroms zu 73,1% im Objekt (Tarif: ca. 16 ct/kwh el (netto) + 5,11 ct/kwh el ) Amortisation nach 6,3 Jahren (ohne Zuschuss) Szenario 2: komplette Rückspeisung des erzeugten elektrischen Stroms (Tarif: ca. 3,876 ct/kwh el + 5,11 ct/kwh el + 0,5-1 ct/kwh el ) keine Amortisation möglich

26 Wirtschaftlichkeitsrechnung BHKW - allgemein spez. Stromerlös / ct/kwhel kompl. Selbstnutz. reine Einspeisung spez. Anschaffungskosten / /kw el 2000 VBh/a 3000 VBh/a 4000 VBh/a 5000 VBh/a 6000 VBh/a 7000 VBh/a 8000 VBh/a Randbedingungen: Amortisation der höheren heren Investitionskosten nach nach 10 Jahren bei einem Zinssatz von 5%

27 Anwendung von BHKW in Einfamilienhäusern guter elektrischer Wirkungsgrad hohe jährliche Laufzeit geringe Anschaffungs- und Wartungskosten 10-20% nur bei kleinen therm. Leistungen (< 7 kw) > /kw el el Lösungsm sungsmöglichkeiten glichkeiten? Innovative Ansätze

28 1. Stirlingmotor-BHKW Stirlingmotor-BHKW haben das Potenzial für niedrige Wartungskosten (kein Ölwechsel) Freikolben-Stirlingmotoren können wartungsfrei betrieben werden. Quelle: WhisperTech Ltd. Problem: (noch) hohe Herstellungskosten Weitere Infos: 3. dt. Stirlingkongress auf der CEP in Stuttgart (Neue Messe) am Quelle: SenerTec GmbH/ Baxi Group

29 2. Biomasse-Stirlingmotor Stirlingmotor-BHKW Aufgrund der äußeren Wärmezufuhr können Stirlingmotoren mit beliebigen Brennstoffen (u.a. Holzhackschnitzel und Holzpellets) betrieben werden. Herstellungskosten, Verbrennungsverfahren? Quelle: Sunmachine GmbH

30 3. Mikro Gas-Ottomotor Ottomotor-BHKW Gas-Ottomotor-BHKW auf der Grundlage von (Groß)Serienmotoren z.b. Honda Ecowill (1 kw el, 2,8 kw th ) in Japan und USA über Stück installiert Lebensdauer, Wartungsaufwand? Quelle: Honda Motor Co., Ltd.

31 4. Brennstoffzellen-BHKW BHKW Brennstoffzellen-BHKW bieten höchste elektrische Wirkungsgrade im kleinsten Leistungsbereich. z.b. BlueGen TM von CFCL Ltd. (2 kw el, 1 kw th ) Quelle: CFCL Ltd. Zelldegradation, Herstellungskosten?

32 Fazit

33 Fazit BHKW in der Objektversorgung Mini-BHKW sind technisch ausgereift und bieten eine signifikante Primärenergieeinsparung Die breite Markteinführung von Mini-BHKW kann gelingen, wenn: in Mehrfamilienhäusern der eigene Verbrauch des erzeugten Stroms ermöglicht wird. für Einfamilienhäuser Geräte mit gutem elektrischen Wirkungsgrad und geringen Anschaffungs- und Wartungskosten erhältlich sind.